低压并联电容器熔断器频繁熔断原因分析

张顺丽，李永彬，王 浩

(1.国网河南省电力公司检修公司，河南 南阳 473000；2.国网河南省电力公司南阳供电公司，河南 南阳 473000)

0 概述

在某省500 kV变电站中，35 kV低压无功补偿装置常规配置有并联电容器、并联电抗器，用于调节系统电压质量，满足供电要求。其中，低压并联电容器在系统中的作用如下：

(1) 补偿感性负荷和电网感性元件的无功功率，提高功率因数，降低功率损耗和电能损耗；

(2) 改善电压质量；

(3) 提高发供电设备的效率；

(4) 减少变配电设备的投资；

(5) 减少用户的电费支出；

(6) 用于静止补偿器，以提高系统稳定性和维持电压恒定。

1 低压并联电容器组型号及接线位置

某500 kV变电站低压无功补偿装置配置有4组电容器、4组电抗器，其中1，2号TBB35-60120/334-AQW低压并联电容器在运行中发生了电容器熔断器频繁熔断现象。

电容器组在系统中的一次主接线如图1所示。

2 1，2号电容器熔断器频繁熔断详情

1，2号电容器于2007-06-19投运，3，4号电容器于2008-07-05投运。投运初期，变电站内过往负荷不大，电容器利用率不高。随着附近大功率用户(钢厂、铝厂等)投产后，感性负荷增大，为避免系统电压越下限运行，电容器必须投入运行。自2011年1，2号电容器投入运行以来，电容器鼓肚、漏油情况时有发生，经常出现熔断器熔断现象。

图1 电容器组在系统中的一次主接线示意

2.1 电容器熔断器熔断时的具体现象

电容器熔断器熔断时，会出现“保护跳闸”“差流保护动作：A相差流，0.200A；B相差流，3.330A；C相差流，0.010A”；B相第16只保险熔断；桥差电流不平衡，桥差接线差流值二次侧达到0.57A，延时0.2 s跳开本回路断路器。

2.2 电容器熔断器熔断的历史记录

现以2号电容器2014年4—7月运行记录为例，其熔断记录如表1所示。

表1 2号电容器2014年4—7月运行熔断记录

3 熔断器的熔断机理

该500 kV变电站中型号为BAM11/2-334-1W的单只电容器，配置了BR8型系列改进型喷射式熔断器，主要由熔管、熔芯及支架组成，适宜环境温度-40—55 ℃。

3.1 熔断器的熔断过程

并联电容器的内部芯子由多个元件串并联组成。当某个元件发生击穿短路后，在故障电容器内部，该故障元件所在串联段短路引起电容器内部串联段减少，电容量增大，流过电容器的电流也相应增大，健全的各串联元件上的电压亦随之增大，因此故障有可能继续发展。当击穿短路的串联元件达到一定数值时，与电容器串联的熔断器的熔丝流过的电流增大，使熔体熔断，其尾线在弹簧反弹拉力的作用下，拉长了熔断点的电弧；同时灭弧管产生气体，使熔管内的压力迅速增大，致使电弧迅速熄灭，故障电容器与系统隔离，从而起到保护作用。

3.2 单只电容器熔丝的配置原则

熔断器熔丝的额定电流按1.43—1.55倍电容器额定电流配置，熔断器在通过该电流时不熔断，当电容器内部有50 %—75 %串联元件段击穿短路时适时熔断。如电容器内部元件发生贯串性短路，熔断器能在电容器外壳爆裂前开断，切除电容组中故障电容器，避免事故扩大。

3.3 熔断器动作后的检测

熔断器动作后，要查清动作原因，了解熔断器是误动作还是正常动作，必须对熔断器动作过的电容器进行性能检测。若电容器损坏，必须更换电容器，不允许减容运行及带故障电容器单元合闸。检查电容器时，一定要测量极间电容量和对壳绝缘电阻，最好开展耐压试验。

4 熔断器频繁熔断的后果

从表1可以看出，2号电容器在2014年4—7月运行中连续熔断5次。每次熔断器熔断后，桥差保护均动作断路器跳闸，系统电压降低，电压质量下降。检查电容器故障情况及更换熔断器时，均需将电容器与系统隔离，并做好安全措施。

频繁更换电容器及熔断器将造成极大的浪费，为此需分析电容器熔断器频繁熔断原因，以避免电力设备物资浪费，确保系统正常供电，显得尤为重要和迫切。

5 熔断器频繁熔断原因分析及应对措施

5.1 过电压

电容器组额定电压为35 kV，超过额定电压运行将造成不允许的过负荷。电容器在超过1.10倍额定电压下运行，将造成介质场强增高而影响电容器的性能和寿命；当过电压的幅值及作用时间超过允许值时，将造成电容器内介质局部放电、局部过热乃至绝缘击穿。电容器稳态过电压的限值及持续时间如表2所示。

表2 电容器稳态过电压的限值及持续时间

因此，电容器在运行、投退过程中应密切监视35 kV系统电压情况，超过1.10倍额定电压，即38.5 kV时电容器不应再投入运行，已投入的电容器应及时退出运行。系统容性无功如果不足，需要投入电容器来提高系统电压时，应该注意到功率因数。在功率因数不低的情况下，单纯投入电容器对提高220 kV，500 kV系统电压的作用不明显，对35 kV系统电压升高作用则比较明显。35 kV母线电压的升高，将使电容器的实际出力变大甚至过载，导致熔断器熔断。

因此，在功率因数低的情况下，虽然可以投入电容器，但此时要注意母线电压，不能超过38.5 kV(1.10倍额定电压)。电容器退出、投入操作要间隔5 min，防止电容器带电荷合闸。电容器带电荷合闸，可能使电容器承受约2倍的额定电压，峰值甚至更高，这对电容器是有害的；同时也会造成很大的冲击电流，造成熔断器熔断。

5.2 高次谐波引起的过电压、过电流

高次谐波会引起谐振和谐波放大，电容器组的容量选择以避开谐振点和避免谐波放大为原则。同时，高次谐波还会引起电容器过电流，因此可在电容器组与系统间串联小电抗器(见图1)，降低回路的谐振频率，以抑制高次谐波和合闸涌流。该变电站对1，2号电容器组在大负荷期间进行了谐波测试(至少48 h)，测试结果没有发现异常问题。

5.3 熔断器配置不当

电容器熔断器配置为100 A保险丝，单只电容器电容为35.15 μF，额定电压11/2 kV，依据公式I=Uωc，可得单只电容器额定电流为：

I=11/2×103×2×3.14×50×35.15×10-6=60.7 A；

故，1.5I=1.5×60.7=91.05 A。

1.5I为 91.05 A，小于100 A，符合熔丝的额定电流按1.43—1.55倍电容器额定电流配置余度。

5.4 制造、安装工艺影响

造成电容器质量缺陷的原因一般有不合理的设计、不恰当的材料以及制造过程不恰当(例如卷制、引线连接、装配、真空处理)等。由于制造工艺原因，还可能存在单只电容容量偏差等问题。一旦存在以上问题，那么电容器组就会存在一定的缺陷，这也是熔断器易熔断的原因之一。另外，在安装过程中，要确保熔断器熔芯不受外力损伤，特别是在安装熔管时熔芯不能随紧固跟动旋转，以避免熔芯扭曲损伤。熔断器和母排连接螺母一定要紧固，不能松动，不然会造成接触电阻较大，在电容器长期运行后将引起发热严重，导致熔断器熔断。

5.5 环境温度及外力影响

运行温度过高会严重影响电容器的寿命。以2号电容器为例，在夏季高温天熔断器频繁熔断。该型号电容器属屋外配置，夏季长期在烈日下爆晒，温升较高，如果长时间运行，易引起电容器熔断器熔断。因此，应对运行中的电容器进行实时检测，发现温度异常时应跟踪监视，高温时段每小时测1次温度，观察温升发展变化情况。有余地时，调换成其他电容器组运行。日常运行中，电容器在高负荷时段投入运行、低负荷时段退出运行，以避免电容器长时间运行发热及外力引起的电容器熔断器熔断。由于有过类似事故教训，河南省500 kV变电站35 kV设备已全部实行绝缘化处理。

6 运行维护

运行中每天观察电容器装置各部件运行情况，加强对熔断器的检查和维护。检查熔断器是否完好以及熔断器动作情况，电容器是否渗漏，接头是否变色，外壳是否鼓胀、破裂以及地面油迹、电气连接有无过热征候。检查断路器分闸和合闸回路是否良好、有无放电痕迹。测量熔断器、电容器及各联接点的温度是否正常，若温度过高应及时处理，避免熔断器过热误动。遇到停电时，应及时清扫各套管表面和各电器外壳、构架，以防引发意外事故。各处联接点的联接应牢固稳靠，不允许出现松动现象，拧紧全部电气接头，使设备正常运行。特殊巡视检查应在系统电压较高、外温较高的时间段进行。遇雷雨、风、雪等恶劣天气时，也应进行特殊巡视检查，对发现的缺陷进行记录、跟踪观察，并及时处理。

7 结束语

电容器熔断器熔断原因一般是可控、在控的。如果制造过程中存在技术性、工艺性缺陷，将无法使熔断器熔断现状得到有效控制。该变电站1，2号电容器组于2014-09-20进行整组熔断器更换后，还存在熔断现象;但相同型号、同厂家的3，4号电容器组不存在熔断器熔断现象，这说明1，2号电容器组可能存在产品质量缺陷，应对1，2号电容器进行整组更换。

1 王明钦．35 kV配电网PT高压熔断器熔断故障抑制措施 研究[D]．保定：华北电力大学，2011.

2 梁兆文．配网PT熔断器频繁熔断原因及解决措施研究 [D].广州：华南理工大学，2016.

3 解广润．电力系统过电压[M].北京：水利电利出版社， 1997.